專利名稱：具有高存儲容量的金屬氫化物電池物質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氫存儲物質(zhì)，包括能與氫形成氫化物的含鎂金屬化合物。本發(fā)明還涉及一種包括該氫存儲物質(zhì)的電化學(xué)電池。
再充電電池放電后可以再回到其起始狀態(tài)以重新使用。再充電電池被廣泛地使用在便攜式電子設(shè)備中，如電話、隨身聽和計算機。已知類型的再充電電池是所謂的再充電金屬氫化物電池，該電池每單位體積具有相當高的存儲容量。這樣一種金屬氫化物電池的例子是包括LaNi5作為電化學(xué)活性物質(zhì)的電池，更具體地說是作為負極。在放電條件下，所述負極包括LaNi5，而在充電條件下氫被所述電解質(zhì)吸收，從而產(chǎn)生LaNi5H6。這種類型電池的缺點是每單位重量具有相當?shù)偷拇鎯θ萘?。后者是由所述金屬氫化物的高密度引起，所述密度約為7g/cm3。
一段時間以來人們直接研究具有低密度的合適的金屬氫化物，該金屬氫化物能作為氫存儲物質(zhì)。在理論上，鎂特別適宜于氫的吸收。然而，鎂充電和放電時的溫度為400℃。鎂-鎳合金看起來更適宜于作為用作電化學(xué)電池中的氫存儲物質(zhì)，因為這些合金可以在較低的溫度下用于氫吸收。
使用鎂-鎳氫化物作為氫存儲物質(zhì)也被公開在JP-56114801中。根據(jù)后者公開的內(nèi)容，所述物質(zhì)能在高溫下以穩(wěn)定的方式存儲氫。雖然鎂-鎳氫化物能吸收大量的氫，但是其不適宜于用作電化學(xué)電池的電化學(xué)活性物質(zhì)。其中一個原因是由于氫吸收和氫釋放的動力較低。
為了將氫吸收和氫釋放的動力提高到一足夠高的水平并防止腐蝕，加入到鎂-鎳合金中鎳的數(shù)量要很大，但是相對于已知的LaNi5物質(zhì)所得到的改進效果并不大。
本發(fā)明的目的是提供一種氫存儲物質(zhì)，該氫存儲物質(zhì)可以被用在電化學(xué)電池中并包括能與氫形成氫化物的含鎂金屬化合物，其單位重量具有高存儲容量。
最后，本發(fā)明的目的是提供一種如前序部分中所述的氫存儲物質(zhì)，其特征在于所述金屬化合物包括鎂和三價金屬的合金，所述三價金屬選自Sc、Y、La和稀土元素組成的組。
看起來鎂和上面所述三價金屬的一種形成的合金與氫在室溫下容易充電和放電。此外，鎂和三價金屬形成的合金以重量計的存儲容量大大地高于LaNi5以重量計的存儲容量，所述三價金屬選自由Sc、Y、La和稀土元素組成的組。因此，所述合金在電化學(xué)電池中可有利地作為氫存儲物質(zhì)。由于再充電電池被廣泛地應(yīng)用在便攜式電子設(shè)備中，以重量計的存儲容量是最重要的。
在一個具體的實施方案中，所述金屬化合物包括一種選自鈧-鎂、釓-鎂和釔-鎂組的合金。
在上面所述的鎂合金組中，鎂與三價金屬鈧、釓和釔形成的合金具有很低的密度并因此具有很高的單位重量存儲容量。
優(yōu)選地，所述金屬化合物包括鈧-鎂合金。
鈧-鎂合金在室溫下能可逆地吸收氫。單位重量所述合金吸收氫的數(shù)量以單位重量計其存儲容量是已知的LaNi5Hx單位重量存儲容量的4倍以上，顯示了改進的效果。
RU-2072113公開了吸收氫的AB5型合金，包括鑭和鎳，還含有少量的鈧。實際上，該物質(zhì)完全不同于本發(fā)明所述的氫存儲物質(zhì)，因為后者主要涉及鎂-鈧合金而不存在任何鑭或鎳。
有利地，所述鈧-鎂合金包括1-50at.％(原子百分比)鈧和50-99at.％鎂，更有利地為15-40at.％鈧和60-85at.％鎂，及優(yōu)選地為30-40at.％鈧和60-70at.％鎂。
在所述合金中不同成分的具體數(shù)量取決于其動力和存儲容量這兩個彼此對立因素之間的平衡。象上面已經(jīng)提到的，鎂具有高存儲容量。通過加入鈧可以提高所述合金充電和放電的動力。
優(yōu)選地，所述鈧-鎂合金包括Sc0.35Mg0.65Hx。
所述合金在氫存儲容量與動力之間提供了一個很好的平衡。
在一個優(yōu)選的實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的氫存儲物質(zhì)包括一定數(shù)量的催化活性物質(zhì)。
所述催化活性物質(zhì)增加了所述氫存儲物質(zhì)吸收氫的動力。
有利地，所述催化活性物質(zhì)包括至少一種選自由鈀、鉑、鈷、鎳、銠或銥組成的組中的金屬，和/或一種化學(xué)式為DE3的物質(zhì)，D是至少一種選自Cr、Mo和W組的元素，而E是至少一種選自Ni和Co組的元素。
優(yōu)選地，所述催化活性物質(zhì)包括鈀、鉑或銠。
通過幾個數(shù)量對比試驗，發(fā)現(xiàn)向所述合金中例如加入僅僅0.6at.％的鈀便增加了氫吸收的速度。加入1.2at.％鈀會產(chǎn)生更好的氫吸收效果。
此外，本發(fā)明涉及一種電化學(xué)活性物質(zhì)，其特征在于所述物質(zhì)包括根據(jù)本發(fā)明上面所描述的氫存儲物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的氫存儲物質(zhì)能有利地用在燃料電池中。
經(jīng)過退火處理后，坩堝中的鉬在旋轉(zhuǎn)車床上以機械方式被移走。通過XRD測量小球的頂端和低端以檢查其均勻性。
實施方案3所述鈧-鎂合金的容量測量具有15-30mgSc1-xMgx粉和135-120mgNi粉的壓縮小球被附在鎳容器中。所述小球在2M KOH溶液中被電解地充電和放電，所述小球在一個室中與Pt反電極相對設(shè)置，所述室通過玻璃料與所述反電極分離。參考電極(Hg/HgO)的端頭被放置在距離所述小球幾毫米遠的地方。在所述小球和所述參考電極之間的勢差被測量。庫侖數(shù)被用來計量所述小球的充電和放電量。所述充電電流密度是350mA/g。所述放電電流密度是7-70mA/g(0.02C-0.2C速度)。所述測量在25℃下進行。
實施方案4用實施方案2的方法制備兩個合金樣品并根據(jù)實施方案3測量。
第一種合金包括29.9mg Sc0.3Mg0.65Hx的小球，而第二種合金包括14.1mg Sc0.347Mg0.647Pd0.006Hx的小球。
第一種合金在經(jīng)過幾次充電和放電的兩循環(huán)之后顯示了3.5mAh/g的單位重量容量，而第二種合金在同樣條件下顯示980mAh/g的單位重量容量。
權(quán)利要求
1.一種包括含鎂金屬化合物的氫存儲物質(zhì)，所述含鎂金屬化合物能與氫形成氫化物，其特征在于，所述金屬化合物包括鎂與三價金屬的合金，所述三價金屬選自Sc、Y、La和稀土元素組成的組。
2.如權(quán)利要求1所述的氫存儲物質(zhì)，其特征在于，所述金屬化合物包括選自鈧-鎂、釓-鎂和釔-鎂組成的組的合金。
3.如權(quán)利要求1或2所述的氫存儲物質(zhì)，其特征在于，所述金屬化合物包括鈧-鎂合金。
4.如權(quán)利要求3所述的氫存儲物質(zhì)，其特征在于，所述鈧-鎂合金包括1-50at.％鈧和50-99at.％鎂。
5.如權(quán)利要求3或4所述的氫存儲物質(zhì)，其特征在于，所述鈧-鎂合金包括15-40at.％鈧和60-85at.％鎂。
6.如權(quán)利要求3-5所述的氫存儲物質(zhì)，其特征在于，所述鈧-鎂合金包括30-40at.％鈧和60-70at.％鎂。
7.如前述權(quán)利要求的一個或多個所述的氫存儲物質(zhì)，其特征在于，所述鈧-鎂合金包括Sc0.35Mg0.65Hx。
8.如前述權(quán)利要求的一個或多個所述的氫存儲物質(zhì)，其特征在于，所述氫存儲物質(zhì)包括一定數(shù)量的催化活性物質(zhì)。
9.如前述權(quán)利要求的一個或多個所述的氫存儲物質(zhì)，其特征在于，所述催化活性物質(zhì)包括至少一種選自由鈀、鉑、鈷、鎳、銠或銥組成的組中的金屬，和/或一種化學(xué)式為DE3的物質(zhì)，D是至少一種選自Cr、Mo和W組的元素，而E是至少一種選自Ni和Co組的元素。
10.如前述權(quán)利要求的一個或多個所述的氫存儲物質(zhì)，其特征在于，所述催化活性物質(zhì)包括鈀、鉑或銠。
11.一種電化學(xué)活性物質(zhì)，其特征在于，所述物質(zhì)包括一種如權(quán)利要求1-10中一項或多項所述的氫存儲物質(zhì)。
12.一種至少包括正極和負極的電化學(xué)電池，其特征在于，所述負極包括一種如權(quán)利要求1-10中一項或多項所述的氫存儲物質(zhì)。
13.由至少一個電化學(xué)電池供能的電子設(shè)備，其特征在于，至少一個電化學(xué)電池是如權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氫存儲物質(zhì)，該物質(zhì)包括能與氫形成氫化物的含鎂金屬化合物。所述金屬化合物包括鎂和三價金屬的合金，所述三價金屬選自Sc、Y、La和稀土元素組成的組。優(yōu)選地，該金屬化合物包括鈧－鎂合金。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述氫存儲物質(zhì)還包括一種催化活性物質(zhì)。此外，還公開了一種電化學(xué)活性物質(zhì)，及包括上述氫存儲物質(zhì)的電化學(xué)電池。
文檔編號C22C28/00GK1404633SQ01804203
公開日2003年3月19日 申請日期2001年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月27日
發(fā)明者M·歐維爾凱克, A·M·揚納, P·H·L·諾滕 申請人:皇家菲利浦電子有限公司